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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, das für einen Verbrennungsmotor, wie beispielsweise einen Benzinmotor, verwendet wird.
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Stand der Technik
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In den letzten Jahren gab es eine steigende Nachfrage nach Benzinmotoren in Kraftfahrzeugen, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Als Motor mit ausgezeichneter Kraftstoffeffizienz haben sich Einspritzmotoren mit Zylindereinspritzung durchgesetzt, bei denen Kraftstoff direkt in einen Brennraum eingespritzt wird und ein Gemisch aus eingespritztem Kraftstoff und Ansaugluft durch eine Zündkerze gezündet und zur Explosion gebracht wird. Die Einspritzmotoren mit Zylindereinspritzung können den Einspritzzeitpunkt frei einstellen, so dass sie Kraftstoff während des Ansaugtakts einspritzen können, und es werden die „homogene Verbrennung“, bei der ein hochhomogenes Gemisch durch Umwälzung bewegt und verbrannt wird, und die „geschichtete Verbrennung“, bei der Kraftstoff während des Verdichtungstakts eingespritzt wird, um ein teilweise konzentriertes Kraftstoffgemisch in der Nähe der Zündkerze zu bilden und zu verbrennen, in geeigneter Weise genutzt. Daher ist es möglich, eine optimale Verbrennung entsprechend den Betriebsbedingungen zu wählen, was zu einer Kraftstoffeinsparung beiträgt.
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Bei der Steuerung des Luft-Kraftstoff-Gemischs ist es wichtig, die Eindringkraft (Eindringtiefe) zu steuern, die die Reichweite des Kraftstoffs und die Durchflussmenge des eingespritzten Kraftstoffs festlegt. Zum Beispiel beschreibt die Patentliteratur 1 eine Technik, mit der es möglich ist, die Eindringkraft des Sprühnebels zu erhöhen, wenn der Hubbetrag einer Nadel des Kraftstoffeinspritzventils zunimmt, und die Eindringkraft des Sprühnebels zu verringern, wenn der Hubbetrag der Nadel abnimmt. Bei der in der Patentliteratur 1 beschriebenen Technik besteht jedoch das Problem, dass sich die Eindringtiefen aller Einspritzöffnungen gleichmäßig ändern. Bei einem Motor gibt es die Forderung, die Eindringtiefen nur in eine bestimmte Richtung zu verändern. Konkret ändert sich die erforderliche Stärke der Eindringkraft des auf den Kolben gerichteten Sprühnebels je nach den Betriebsbedingungen stark. Wenn Kraftstoff während des Ansaughubs eingespritzt wird, erfordert der Sprühnebel in Richtung des Kolbens eine starke Eindringkraft, um sich mit dem Strom in geeigneter Weise zu vermischen; wenn aber Kraftstoff zu einem späten Zeitpunkt im Verdichtungstakt eingespritzt wird, ist es wünschenswert, dass die Eindringkraft so gering wie möglich ist, um die Haftung des Kraftstoffs am Kolben zu verringern, da die Positionen des Kraftstoffeinspritzventils und des Kolbens nahe beieinander liegen. Andererseits ist es wünschenswert, dass die Positionen der Zündkerze und des Kraftstoffeinspritzventils unabhängig von den Betriebsbedingungen fixiert sind und dass sich die Eindringkraft des auf die Zündkerze gerichteten Sprühnebels nicht wesentlich ändert.
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Die Patenliteratur 2 offenbart eine Technik zum selektiven Einspritzen von einer Gruppe von Einspritzöffnungen mit unterschiedlichen Durchmessern, indem eine Vielzahl von Ventilelementen zum Öffnen und Schließen jeder der Vielzahl von Einspritzöffnungsgruppen und eine unabhängige Ansteuereinheit für jedes Ventilelement bereitgestellt werden. Die in der Patentliteratur 2 beschriebene Technik kann die Eindringtiefe und die Durchflussmenge in Abhängigkeit von der Einspritzrichtung ändern, wobei aber das Problem besteht, dass der Aufbau kompliziert ist.
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Literaturstellenliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP 2017-8860 A
- Patentliteratur 2: JP 2016-61176 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die Patentliteratur 1 beschreibt zum Beispiel eine Technik, mit der es möglich ist, die Eindringkraft des Sprühnebels zu erhöhen, wenn der Hubbetrag einer Nadel des Kraftstoffeinspritzventils steigt, und die Eindringkraft des Sprühnebels zu senken, wenn sich der Hubbetrag der Nadel verringert. Bei der in der Patentliteratur 1 beschriebenen Technik besteht jedoch das Problem, dass sich die Eindringtiefen aller Einspritzöffnungen ändern.
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Die Erfindung erfolgte im Hinblick auf die oben genannten Probleme, eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzventil zur Verfügung zu stellen, das einen einfachen Aufbau hat und in der Lage ist, die Eindringkraft des in eine Kolbenrichtung eingespritzten Sprühnebels selektiv durch einen Hubbetrag zu steuern.
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Lösung des Problems
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Um das obige Problem zu lösen, ist das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors, das einen Ventilkörper aufweist, der um einen ersten Hubbetrag eines maximalen Ventilkörper-Hubbetrags oder einen zweiten Hubbetrag, der kleiner als der erste Hubbetrag ist, angehoben wird. In einem Fall, in dem der maximale Ventilkörper-Hubbetrag des Ventilkörpers der erste Hubbetrag ist, ist der Strömungswegbereich eines Sitzabschnitts größer als die Summe der Strömungswegbereiche aller Einspritzöffnungen, und in einem Fall, in dem der maximale Ventilkörper-Hubbetrag des Ventilkörpers der zweite Hubbetrag ist, ist der Strömungswegbereich des Sitzabschnitts kleiner als die Summe der Strömungswegbereiche aller Einspritzöffnungen.
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Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
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Gemäß der Erfindung kann bei einem einfachen Aufbau eine Eindringkraft des Sprühnebels in einer Kolbenrichtung durch einen Hubbetrag selektiv gesteuert werden. Die übrigen Konfigurationen, Vorgänge und Auswirkungen der Erfindung werden in den folgenden Ausführungsformen ausführlich beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Diagramm, das den Umriss einer Konfiguration eines Verbrennungsmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
- 2 ist ein Diagramm, das ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
- 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines unteren Endabschnitts des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
- 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des unteren Endabschnitts des Kraftstoffeinspritzventils zum Zeitpunkt eines hohen Hubs gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
- 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des unteren Endabschnitts des Kraftstoffeinspritzventils zum Zeitpunkt eines geringen Hubs gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
- 6 ist ein Diagramm, das die Querschnittsfläche des Strömungswegs in einer Strömungsrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
- 7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des unteren Endabschnitts des Kraftstoffeinspritzventils zum Zeitpunkt eines geringen Hubs gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
- 8 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsfläche des Strömungswegs in Strömungsrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
- 9 ist ein Diagramm, das eine Sprühnebelrichtung des Verbrennungsmotors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
- 10 ist ein Diagramm, das die Sprühnebelrichtung des Verbrennungsmotors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 11 ist ein Diagramm, das eine Anordnung der Einspritzöffnungen des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 12 ist ein Diagramm, das eine Anordnung der Einspritzöffnungen des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
- 13 ist ein Diagramm, das eine Änderung der Durchflussmenge entsprechend einem Hubbetrag des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
- 14 ist ein Diagramm, das eine Anordnung von Einspritzöffnungen des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Nachfolgend werden erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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Eine Steuervorrichtung für ein Kraftstoffeinspritzventil 119 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.
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1 ist ein Diagramm, das den Umriss einer Konfiguration eines Einspritzmotors mit Zylindereinspritzung veranschaulicht. Die grundlegende Funktionsweise des Einspritzmotors mit Zylindereinspritzung wird mit Bezug auf 1 beschrieben. In 1 wird ein Brennraum 104 durch einen Zylinderkopf 101, einen Zylinderblock 102 und einen in den Zylinderblock 102 eingesetzten Kolben 103 gebildet, und ein Ansaugrohr 105 und ein Auspuffrohr 106 sind abgezweigt und mit zweien in Richtung der Kraftstoffkammer 104 verbunden. Ein Einlassventil 107 ist an einer Öffnung des Ansaugrohrs 105 vorgesehen und ein Auslassventil 108 ist an einer Öffnung des Auspuffrohrs 106 vorgesehen, die so arbeiten, dass sie sich durch eine Nockenfunktionsweise öffnen und schließen.
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Der Kolben 103 ist über eine Pleuelstange 114 mit einer Kurbelwelle 115 verbunden, und ein Kurbelwinkelsensor 116 kann eine Motordrehzahl erfassen. Der Wert der Drehzahl wird an eine ECU (Motorsteuereinheit) 118 gesendet. Ein Zellenmotor (nicht dargestellt) ist mit der Kurbelwelle 115 verbunden. Wenn der Motor angelassen wird, kann die Kurbelwelle 115 durch den Zellenmotor beim Anlassen des Motors gedreht werden. Der Zylinderblock 102 ist mit einem Wassertemperatursensor 117 ausgestattet, der die Temperatur des Motorkühlwassers (nicht dargestellt) erfassen kann. Die Temperatur des Motorkühlwassers wird an die ECU 118 gesendet.
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Obwohl 1 nur einen Zylinder beschreibt, ist stromaufwärts vom Ansaugrohr 105 ein Kollektor (nicht dargestellt) vorgesehen, um Luft auf jeden Zylinder zu verteilen. Ein Luftmengenmesser und ein Drosselventil (nicht dargestellt) sind stromaufwärts vom Kollektor vorgesehen, und die in die Kraftstoffkammer 104 eingesaugte Luftmenge kann durch das Öffnen des Drosselventils eingestellt werden.
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Der Kraftstoff wird in einem Kraftstofftank 109 gespeichert und von einer Förderpumpe 110 zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 befördert. Die Förderpumpe 110 erhöht den Druck des Kraftstoffs auf etwa 0,3 MPa und befördert den Kraftstoff zur Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111. Der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 unter Druck gesetzte Kraftstoff wird zu einem Common Rail 112 befördert. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 setzt den Kraftstoff auf etwa 30 MPa unter Druck und befördert den Kraftstoff an die Common-Rail-Pumpe 112. Ein Kraftstoffdrucksensor 113 ist an der Common Rail 112 angebracht und erfasst den Kraftstoffdruck. Der Wert des Kraftstoffdrucks wird an die ECU 118 weitergeleitet.
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2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil als Beispiel für das Kraftstoffeinspritzventil 119 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Die grundlegende Funktionsweise der Einspritzvorrichtung wird mit Bezug auf 2 beschrieben. In 2 wird Kraftstoff von einer Kraftstoffzuführöffnung 212 zugeführt und in das Innere des Kraftstoffeinspritzventils 119 weitergeleitet. Das in 2 dargestellte elektromagnetische Kraftstoffeinspritzventil 119 gehört zu einem normalerweise geschlossenen elektromagnetischen Ansteuertyp, und wenn die Spule 208 nicht erregt ist, wird ein Ventilkörper 201 durch eine Feder 210 gegen das Sitzelement 202 gedrückt, das durch Schweißen mit dem Düsenkörper 204 verbunden ist. Zu diesem Zeitpunkt liegt im Kraftstoffeinspritzventil 119 mit Zylindereinspritzung der zugeführte Kraftstoffdruck im Bereich von etwa 1 MPa bis 50 MPa.
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Wenn die Spule 208 durch einen Verbinder 211 erregt wird, wird eine magnetische Flussdichte in einem Kern (fester Kern) 207, einem Joch 209 und einem Anker 206 erzeugt, die einen Magnetkreis eines elektromagnetischen Ventils bilden, und es wird eine magnetische Anziehungskraft wird zwischen dem Kern 207 und dem Anker 206 mit einem Spalt erzeugt. Wenn die magnetische Anziehungskraft größer als die Druckkraft der Feder 210 und die Kraft aufgrund des oben beschriebenen Kraftstoffdrucks ist, wird der Ventilkörper 201 durch den Anker 206 zum Kern 207 hin angezogen, während er durch ein Führungselement 203 und eine Ventilkörperführung 205 geführt wird, und das Ventil wird geöffnet. Wenn das Ventil geöffnet wird, wird ein Spalt zwischen dem Sitzelement 202 und dem Ventilkörper 201 erzeugt und die Kraftstoffeinspritzung beginnt. Wenn die Kraftstoffeinspritzung beginnt, wird die als Kraftstoffdruck vorgegebene Energie in kinetische Energie umgewandelt, und der Kraftstoff wird in eine am unteren Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils 119 geöffnete Einspritzöffnung eingespritzt.
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Als Nächstes wird die detaillierte Form des Ventilkörpers 201 mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des unteren Endabschnitts des Kraftstoffeinspritzventils 119 und weist das Sitzelement 202, den Ventilkörper 201 und ähnliches auf. Das Sitzelement 202 umfasst eine Ventilsitzfläche 304 und eine Vielzahl von Einspritzöffnungen 301. Die Ventilsitzfläche 304 und der Ventilkörper 201 erstrecken sich axial symmetrisch um eine Ventilkörper-Mittelachse 305. Wenn der Hubbetrag 0 ist, kommt der Ventilkörper 201 in Linienkontakt mit dem Sitzelement 202 und der Ventilsitzfläche 304, und der Kraftstofffluss wird blockiert. Wenn der Ventilkörper 201 auf einen bestimmten Hubbetrag eingestellt ist, wird der Kraftstoff von der Einspritzöffnung 301 durch den Spalt zwischen dem Sitzelement 202 und dem Ventilkörper 201 entlang des durch den Pfeil 311 angezeigten Wegs eingespritzt. Ein Teil des Kraftstoffs strömt von der Einspritzöffnung in die Sackkammer 302 auf der Spitzenseite und fließt von dem durch den Pfeil 312 angezeigten Weg in die Einspritzöffnung. Der Ventilkörper kann auf einen großen Hubbetrag und einen kleinen Hubbetrag eingestellt werden. Die Ventilkörperposition beim großen Hubbetrag ist 201b, und die Ventilkörperposition beim kleinen Hubbetrag ist 201a. Zusätzlich kann ein am Einspritzventil 119 eingesetzter Ventilöffnungsimpuls abgeschaltet werden, bevor das Ventil vollständig geöffnet ist, so dass das Ventil geschlossen wird, bevor der Hubbetrag maximal wird. Auch in diesem Fall kann eine Vielzahl von maximalen Hubbeträgen eingestellt werden.
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Als Nächstes wird mit Bezug auf 4 eine Strömung beschrieben, wenn sich der Ventilkörper 201 an einer großen Hubposition 201b befindet. Zum Zeitpunkt des großen Hubs ist die Strömung parallel zu einer Einspritzöffnungsachse 303, wie durch den Pfeil 320 angezeigt, stark und die Strömung senkrecht zur Einspritzöffnungsachse 303 (Querströmung) schwach, da eine Region auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Einspritzöffnung weiträumig gebildet wird. Wenn die minimale Querschnittsfläche der Strömung so eingestellt ist, dass er der Einspritzöffnung entspricht, wird die Strömung darüber hinaus in der Einspritzöffnung schnell beschleunigt, und die Strömung parallel zur Achse der Einspritzöffnung tritt stärker auf. Da die Eindringkraft des Sprühnebels durch das Erhöhen der axialen Geschwindigkeit in der Einspritzöffnung verstärkt wird, bildet sich während eines großen Hubs ein Sprühnebel mit einer starken Eindringkraft. Außerdem wird durch das Einstellen der minimalen Querschnittsfläche der Strömung als Summe der Querschnittsflächen der Einspritzöffnungen die Strömung in den Einspritzöffnungen schnell beschleunigt, und es bildet sich ein Sprühnebel mit starker Eindringkraft.
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Die Strömung, bei der sich der Ventilkörper 201 an der kleinen Hubposition 201a befindet, wird mit Bezug auf 5 beschrieben. Zum Zeitpunkt des kleinen Hubs ist die Strömung (Querströmung) in der Richtung senkrecht zur Einspritzöffnungsachse 303 erhöht, wie durch den Pfeil 321 angezeigt, da der Strömungsweg vor der Einspritzöffnung eng ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Strömung durch das Einstellen der minimalen Querschnittsfläche der Strömung auf einen Sitzabschnitt A2 schnell im Sitzabschnitt beschleunigt, und es entsteht deutlich eine Querströmung senkrecht zur Einspritzöffnungsachse 303. Dadurch wird die axiale Geschwindigkeit in der Einspritzöffnung verringert, und es wird ein Sprühnebel mit einer schwachen Eindringkraft gebildet.
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Wie oben beschrieben, weist das Kraftstoffeinspritzventil 119, das Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors (vorzugsweise eines Einspritzmotors mit Zylindereinspritzung) einspritzt, in dieser Ausführungsform den Ventilkörper 201 auf, der so angehoben wird, dass der maximale Ventilkörper-Hubbetrag ein erster Hubbetrag (großer Hubbetrag) oder ein zweiter Hubbetrag (kleiner Hubbetrag) wird, der kleiner als der erste Hubbetrag (großer Hubbetrag) ist. In einem Fall, in dem der maximale Ventilkörper-Hubbetrag des Ventilkörpers 201 zum ersten Hubbetrag (großer Hubbetrag) wird, ist der Strömungswegbereich des Sitzabschnitts A2 größer als die Summe der Strömungswegbereiche aller Einspritzöffnungen. In einem Fall, in dem der maximale Ventilkörper-Hubbetrag des Ventilkörpers 201 zum zweiten Hubbetrag (kleiner Hubbetrag) wird, ist der Strömungswegbereich des Sitzabschnitts A2 kleiner als die Summe der Strömungswegbereiche aller Einspritzöffnungen. Außerdem ist der Sitzabschnitt A2 ein Abschnitt des Sitzelements 202, das einen linearen Kontakt herstellt, wenn der Ventilkörper 201 geschlossen ist, und der Strömungsweg wird am Umfang gebildet, wenn der Sitzabschnitt A2 geöffnet wird. Darüber hinaus wird, wenn der Sitzabschnitt A2 geöffnet wird, der Strömungswegbereich durch einen Mindestabstand Lmin x π zwischen dem Sitzabschnitt A2 des Sitzelements 202 und dem Ventilkörper 201 definiert. Zusätzlich wird der Strömungswegbereich der Einspritzöffnung 301 durch den minimalen Strömungsbereich der Einspritzöffnung 301 definiert.
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Bei dem Kraftstoffeinspritzventil 119 dieser Ausführungsform ist die Strecke zwischen der Sitzposition A2 und der Ventilkörper-Mittelachse 305 weiter entfernt angeordnet als die Strecke zwischen einer Einlassmittelposition A1 der Einspritzöffnung und der Ventilkörper-Mittelachse 305. Mit anderen Worten ist die Strecke R1 zwischen der Einlassmittelposition A1 der Einspritzöffnung und einem Schnittpunkt B1 der Ventilkörper-Mittelachse 305 mit einer Linie senkrecht zur Ventilkörper-Mittelachse 305 von der Einlassöffnung A1 der Einspritzöffnung so eingestellt, dass sie kleiner als die Strecke R2 zwischen der Linie senkrecht zur Ventilkörper-Mittelachse 305 und einem Schnittpunkt B2 der Ventilkörper-Mittelachse 305 von der Sitzposition A2 ist.
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Als Nächstes wird die Querschnittsfläche des Strömungswegs in der Richtung entlang der Kraftstoffströmung beschrieben. 6(a) ist ein Diagramm, das eine Änderung der Strömungsrichtung der Querschnittsfläche des Strömungswegs während des in 4 dargestellten großen Hubs veranschaulicht. S1 gibt die Querschnittsfläche des Strömungswegs unmittelbar vor dem Einlass der Einspritzöffnung an, und S2 gibt die Querschnittsfläche der Strömung an der Sitzposition an. S3 gibt die Summe der Querschnittsflächen am Einlass der Einspritzöffnung an, und S4 gibt die Summe der Querschnittsflächen am Auslass der Einspritzöffnung an. Zum Zeitpunkt des großen Hubs kann die minimale Querschnittsfläche des Strömungswegs in Strömungsrichtung auf die Querschnittsfläche S3 am Einlass der Einspritzöffnung eingestellt werden. Wenn die minimale Querschnittsfläche der Strömung auf die Querschnittsfläche der Einspritzöffnung eingestellt wird, wird die Strömung in der Einspritzöffnung schnell beschleunigt, und es bildet sich ein Sprühnebel mit einer starken Eindringkraft.
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Weiter kann das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche S2 des Strömungswegs an der Sitzposition und der Querschnittsfläche S1 des Strömungswegs unmittelbar vor dem Einlass der Einspritzöffnung entweder S1 < S2 oder S1 > S2 sein. Darüber hinaus kann das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche S3 des Einlasses der Einspritzöffnung und der Querschnittsfläche S4 des Auslasses der Einspritzöffnung S3 > S4 oder S3 < S4 betragen.
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6(b) veranschaulicht eine Änderung in der Strömungsrichtung der Querschnittsfläche des Strömungswegs während des in 5 dargestellten kleinen Hubs. Zum Zeitpunkt des kleinen Hubs wird die minimale Querschnittsfläche des Strömungswegs in Strömungsrichtung auf die Querschnittsfläche S20 des Strömungswegs an der Sitzposition eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Strömung im Sitzabschnitt beschleunigt und mit einer Zunahme in der stromabwärts gerichteten Querschnittsfläche allmählich verlangsamt. Das bedeutet, dass durch das Einstellen von S20 < S10 die Strömung stromabwärts des Sitzabschnitts allmählich verlangsamt wird. Zum Zeitpunkt des kleinen Hubs tritt, wenn die Querschnittsfläche S3 der Einspritzöffnung auf S10 < S3 in Bezug auf die Querschnittsfläche S10 der Strömung unmittelbar vor dem Einlass der Einspritzöffnung eingestellt wird, in der Nähe des Einlasses der Einspritzöffnung eine Querströmung auf, und es kann sich ein Effekt einstellen, dass die Eindringkraft geschwächt wird. Das Verhältnis zwischen S10 und S3 kann zum Beispiel auf 1:2 eingestellt werden.
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Wie oben beschrieben, ist das Kraftstoffeinspritzventil 119 dieser Ausführungsform so konfiguriert, dass in einem Fall, in dem der maximale Ventilkörper-Hubbetrag des Ventilkörpers 201 zum ersten Hubbetrag (großer Hubbetrag) wird, die Summe der Strömungswegbereiche aller Einspritzöffnungen die minimale Querschnittsfläche des Strömungswegs wird, und in einem Fall, in dem der maximale Ventilkörper-Hubbetrag des Ventilkörpers 201 zum zweiten Hubbetrag (kleiner Hubbetrag) wird, der Strömungswegbereich des Sitzabschnitts 2A die minimale Querschnittsfläche des Strömungswegs wird.
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Als Nächstes wird ein Strömungsfeld in einem Fall, in dem sich die Einspritzöffnung während des kleinen Hubs nahe der Mitte des Ventilkörpers befindet, mit Bezug auf 7 beschrieben. 7 zeigt einen Querschnitt ähnlich wie 5, bei dem nur die Position der Einspritzöffnung näher an der Ventilkörper-Mittelachse 305 liegt. Die Strömungsgeschwindigkeit der durch den Sitzabschnitt A2 beschleunigten Strömung nimmt aufgrund der Ausbreitung der Querschnittsfläche in Strömungsrichtung allmählich ab. Wenn die Strömung vom Sitzabschnitt zur Einspritzöffnung ausreichend verlangsamt wird, tritt am Einlass der Einspritzöffnung keine Querströmung auf, und es erscheint nur eine Geschwindigkeit in Richtung der Achse der Einspritzöffnung. Da eine Querströmung auch während des großen Hubs (nicht dargestellt) nicht auftritt, ist die Empfindlichkeit gegenüber der Eindringtiefe aufgrund des Hubbetrags reduziert. Das bedeutet, dass unter der Annahme, dass die Mitte der Einspritzöffnung A3 ist und dass ein Schnittpunkt der senkrechten Linie von der Mitte der Einspritzöffnung zur Ventilkörper-Mittelachse 305 und der Ventilkörper-Mittelachse 305 B3 ist, die Länge R3 des Liniensegments, das A3 und B3 verbindet, so eingestellt wird, dass sie kleiner als R1 ist, wie in 5 veranschaulicht, so dass die Empfindlichkeit gegenüber einer Eindringtiefe aufgrund des Hubbetrags reduziert werden kann.
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Die Querschnittsfläche des Strömungswegs in der Richtung entlang der Kraftstoffströmung wird mit Bezug auf 8 beschrieben. 8(a) veranschaulicht eine Änderung der Querschnittsfläche des Strömungswegs in Strömungsrichtung in einem Fall, in dem der große Hub eingestellt ist, an der Einspritzöffnungsposition in 7. S5 gibt die Querschnittsfläche des Strömungswegs unmittelbar vor dem Einlass der Einspritzöffnung an, und S6 gibt die Querschnittsfläche der Strömung an der Sitzposition an. S7 gibt die Summe der Querschnittsflächen am Einlass der Einspritzöffnung an, und S8 gibt die Summe der Querschnittsflächen am Auslass der Einspritzöffnung an. In der Einspritzöffnung von 7 ist der Abstand zwischen der Sitzposition und dem Einlass der Einspritzöffnung größer als der von 5, so dass die Position der horizontalen Achse des in 8(a) dargestellten Einlasses der Einspritzöffnung stromabwärts von der Position der horizontalen Achse des Einlasses der Einspritzöffnung, die in 6(a) gezeigt ist, dargestellt ist. Indem die minimale Querschnittsfläche der Strömung in Strömungsrichtung so eingestellt wird, dass er zum Zeitpunkt des großen Hubs der Einlass der Einspritzöffnung ist, wird die Strömung in der Einspritzöffnung schnell beschleunigt, und es ist unwahrscheinlich, dass eine Querströmung auftritt.
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8(b) veranschaulicht die Querschnittsfläche des Strömungswegs im Zustand des kleinen Hubs an der in 7 dargestellten Position der Einspritzöffnung. Wie in 6(b) wird zum Zeitpunkt des kleinen Hubs die minimale Querschnittsfläche in Strömungsrichtung auf die Querschnittsfläche S60 des Strömungswegs an der Sitzposition eingestellt. In dieser Ausführungsform nimmt die Querschnittsfläche entsprechend der Strömung stromabwärts des Sitzabschnitts allmählich zu, und das Verhältnis der Querschnittsflächen S7 und S50 im Einlass der Einspritzöffnung kann zum Beispiel 10:9 betragen. Mit anderen Worten wird die Strömung ausreichend verlangsamt, bevor die Strömung den Einlass der Einspritzöffnung erreicht, so dass sich die Strömungsgeschwindigkeit nicht plötzlich ändert und eine Querströmung kaum auftritt. Darüber hinaus tritt durch das Einstellen von S7 und S50 auf enge Werte eine abrupte Verlangsamung der Geschwindigkeit beim Strömungsvorgang zum Einlass der Einspritzöffnung nicht auf, so dass der Querströmung unterdrückt werden kann.
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Das bedeutet, dass durch das Anordnen der Mitte der Einspritzöffnung nahe der Mittelachse des Ventilkörpers die Empfindlichkeit der Querströmungserzeugung aufgrund des Hubbetrags reduziert wird, so dass eine Änderung der Eindringtiefe kaum auftritt. Weiterhin kann das Verhältnis zwischen den Querschnittsflächen auf S7 < S50 eingestellt werden. Selbst im Fall von S7 < S50 ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Querströmung geringer, und das Auftreten einer Änderung der Eindringtiefe aufgrund des Hubbetrags ist weniger wahrscheinlich.
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Als Nächstes veranschaulichen die 9 und 10 schematische Ansichten der Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum. In dieser Ausführungsform bildet ein Teil des vom Einspritzventil 119 eingespritzten Sprühnebels einen Sprühnebel 400, der in Richtung des Kolbens 103 gerichtet ist, und ein Teil bildet einen Sprühnebel 401, der in Richtung einer Kerze 120 gerichtet ist. Da eine relative Position zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil 119 und der Zündkerze 120 unabhängig von den Betriebsbedingungen konstant ist, ist es zu diesem Zeitpunkt wünschenswert, dass das Eindringen des Sprühnebels 401 unabhängig von den Betriebsbedingungen konstant ist. Andererseits ist der Sprühnebel 400 in Richtung des Kolbens gerichtet, und das Verhältnis zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil 119 und dem Kolben 103 zum Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung ist je nach Einspritzstartzeitpunkt sehr unterschiedlich. Zum Beispiel verkürzt sich in einem Fall, in dem der Kraftstoff beispielsweise in der etzteren Hälfte des Verdichtungstakts eingespritzt wird, der relative Abstand zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil 119 und dem Kolben 103, so dass es wünschenswert ist, dass die Eindringtiefe des in Kolbenrichtung gerichteten Sprühnebels schwach ist, wie durch den Sprühnebel 402 in 10 veranschaulicht ist. Darüber hinaus ist in einem Fall, in dem der Kraftstoff gleichmäßig im Zylinder verteilt wird, während die Luftströmung im Brennraum überwunden wird, eine starke Eindringtiefe erforderlich. Andererseits ist eine schwache Eindringtiefe erwünscht, um die Haftung des Kraftstoffs an der Wand beim Start zu verringern.
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Die 11 und 12 veranschaulichen die umlaufende Anordnung des Einlasses der Einspritzöffnung bei Betrachtung von der stromaufwärtigen Seite im Kraftstoffeinspritzventil 119 dieser Ausführungsform. In dieser Ausführungsform wird die Einspritzöffnungsgruppe 410, bei der sich die Mitte der Einspritzöffnungen auf einem Radius R1 befindet, als erste Einspritzöffnungsgruppe bezeichnet, und die Einspritzöffnungsgruppe 411, bei der sich die Mitte der Einspritzöffnungen auf einem Radius R3 befindet, wird als zweite Einspritzöffnungsgruppe bezeichnet. Das bedeutet, dass der aus der Einspritzöffnungsgruppe 410 eingespritzte Sprühnebel auf den Kolben 103 gerichtet wird und der aus der Einspritzöffnungsgruppe 411 eingespritzte Sprühnebel auf die Zündkerze 120 gerichtet wird. Die Konfiguration ist jedoch wie in 12 dargestellt. Die Mittelposition jedes Einlasses der Einspritzöffnung muss nicht unbedingt vollständig mit dem Radius R1 oder dem Radius R3 übereinstimmen und kann so angeordnet sein, dass sie leicht verschoben ist.
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Es wird jedoch davon ausgegangen, dass die Beziehung R1 > R3 hergestellt wird. Außerdem werden in dieser Ausführungsform die Mitten der Einspritzöffnungen der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) in der Nähe des Sitzabschnitts A2 gebildet, wo der Ventilkörper 202 in Bezug auf die Mitten der Einspritzöffnungen der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) sitzt.
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Das bedeutet, dass im Vergleich zur ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe (410) beim Kraftstoffeinspritzventil 119 dieser Ausführungsform die erste Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) in Richtung auf den Kolben 103 gerichtet ist und die zweite Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) in Richtung auf die Zündkerze 120 gerichtet ist. Der Teilkreisradius R1 der Einspritzöffnung, bei dem sich die Mitte der Einspritzöffnungen der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) befindet, ist so konfiguriert, dass er größer als der Teilkreisradius der Einspritzöffnung R3 ist, bei dem sich die Mitte der Einspritzöffnungen der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) befindet.
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Wie in den 4 und 5 veranschaulicht ist, ändert sich in der ersten Einspritzöffnungsgruppe (der Einspritzöffnungsgruppe 410), bei der sich die Mitte der Einspritzöffnungen auf dem Radius R1 befindet, die Stärke der Querströmung in Abhängigkeit vom Hubbetrag und die Eindringtiefe ändert sich. Das bedeutet, dass durch das Einstellen der ersten Einspritzöffnungsgruppe (der Einspritzöffnungsgruppe 410), die auf den Kolben 103 gerichtet werden soll, das Eindringen des Sprühnebels in Richtung des Kolbens 103 entsprechend den Betriebsbedingungen gesteuert werden kann. Es ist jedoch nicht notwendig, dass alle Einspritzöffnungen der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) in Richtung des Kolbens 103 ausgerichtet sind, und einige Einspritzöffnungen unter den zur ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) gehörenden Einspritzöffnungsgruppen können in Richtung des Kolbens 103 ausgerichtet sein.
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Wie in 7 dargestellt ist, hat die zweite Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411), bei der sich die Mitte der Einspritzöffnungen auf dem Radius R3 befindet, aufgrund des Hubbetrags eine geringe Empfindlichkeit gegenüber der Eindringtiefe. Das bedeutet, dass durch das Einstellen der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411), die auf die Zündkerze 120 gerichtet werden soll, die Eindringtiefe in Richtung der Zündkerze 120 in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen konstant gehalten werden kann. Es ist jedoch nicht notwendig, dass alle Einspritzöffnungen der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (der Einspritzöffnungsgruppe 411) in Richtung der Zündkerze ausgerichtet sind, und einige Einspritzöffnungen unter den zur zweiten Einspritzöffnungsgruppe (der Einspritzöffnungsgruppe 411) gehörenden Einspritzöffnungsgruppen können in Richtung der Zündkerze 120 ausgerichtet sein.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist der Unterschied zwischen der Eindringtiefe des Sprühnebels zwischen dem großen Hub und dem kleinen Hub so konfiguriert, dass er in der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) größer als in der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) ist. Mit dieser Konfiguration wird es möglich, die Eindringtiefe in Kolbenrichtung durch den Hubbetrag selektiv zu steuern.
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Wie oben beschrieben, sind die erste Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) und die zweite Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411), die in die Kerzenrichtung gerichtet ist, vorgesehen, und der Teilkreisradius R1 der Einspritzöffnung, an dem sich die Mitte der Einspritzöffnungen der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) befindet, ist so konfiguriert, dass er größer als der Einspritzöffnung-Teilkreisradius R3 der Einspritzöffnung ist, an dem sich die Mitte der Einspritzöffnungen der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) befindet. Somit kann die Eindringtiefe in Kolbenrichtung selektiv durch den Hubbetrag gesteuert werden.
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Darüber hinaus kann die Gleichmäßigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Ansaugtakt erhöht werden, indem der Hubbetrag bei der Ansaugtakteinspritzung so gesteuert wird, dass er größer als der Hubbetrag bei der Kompressionstakteinspritzung ist, während die Haftung am Kolben im Kompressionstakt in geeigneter Weise reduziert wird. Das bedeutet, dass im Fall der Ansaugtakteinspritzung der Ventilkörper 201 so angehoben wird, dass der maximale Ventilkörper-Hubbetrag zum ersten Hubbetrag (großer Hubbetrag) wird, und im Fall der Kompressionstakteinspritzung der Ventilkörper um den zweiten Hubbetrag (kleiner Hubbetrag) angehoben wird, der kleiner als der erste Hubbetrag (großer Hubbetrag) ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist, wie in 11 dargestellt, die Einspritzöffnungsgruppe 410 der ersten Einspritzöffnungsgruppe in Umfangsrichtung durchgehend angeordnet, und die Einspritzöffnungsgruppe 410 der zweiten Einspritzöffnungsgruppe ist in Umfangsrichtung durchgehend angeordnet. Außerdem sind, wie in 11 dargestellt, auf einem Querschnitt orthogonal zur Achsrichtung des Ventilkörpers alle Einspritzöffnungen der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) in einer Region 1 in Bezug auf eine durch die Mitte verlaufende Gerade X angeordnet. Alle Einspritzöffnungen der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) sind so angeordnet, dass sie sich in einer Region 2 gegenüber der einen Region 1 in Bezug auf die Gerade X befinden. Mit dieser Einstellung kann die Strömung in die Einspritzöffnungen symmetrisch gestaltet und eine Streuung des Sprühnebels unterdrückt werden.
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Wie in 14 dargestellt, können jedoch die Einspritzöffnungen der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) und die Einspritzöffnungen der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet sein. Durch Einstellen der Neigung der Einspritzöffnungen in die vorgegebene Richtung kann die Einspritzrichtung des Sprühnebels in Richtung des Kolbens 103 bzw. in Richtung der Zündkerze 120 ausgerichtet werden. Darüber hinaus kann durch die abwechselnde Anordnung der Öffnungen der Abstand zwischen den Sprühnebeln vergrößert und die Interferenz zwischen den Sprühnebeln verringert werden.
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Als Nächstes wird eine Änderung der Durchflussmenge aufgrund des Hubbetrags mit Bezug auf die 11 und 13 beschrieben. In dieser Ausführungsform wird die Querschnittsfläche der Einspritzöffnungen der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) so eingestellt, dass sie größer als die Querschnittsfläche der Einspritzöffnungen der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) ist. Darüber hinaus sind in den 11 und 12 die Querschnittsflächen der Einspritzöffnungen der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) und der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) gleich. Wenn die Flächen unterschiedlich sind, ist die Querschnittsfläche der Einspritzöffnungen kreisförmig, und der Einspritzöffnungsdurchmesser der kleinsten Einspritzöffnung unter den Einspritzöffnungen der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) ist so konfiguriert, dass er wünschenswerterweise größer als der größte Einspritzöffnungsdurchmesser unter den Einspritzöffnungen der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) ist. Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass alle Einspritzöffnungen der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) den gleichen Einspritzöffnungsdurchmesser aufweisen. Wenn der Hubbetrag groß ist, ist die minimale Querschnittsfläche des Strömungswegs die Summe der Querschnittsflächen der Einspritzöffnungen, so dass das Verhältnis der Querschnittsflächen der Einspritzöffnungen zum Verhältnis der Durchflussmenge wird. Das bedeutet, dass die auf den Kolben 103 zu richtende Querschnittsfläche der Einspritzöffnungen der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) so eingestellt wird, dass er größer als die auf die Zündkerze 120 zu richtende Querschnittsfläche der Einspritzöffnungen der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) ist, so dass die Durchflussmenge des Sprühnebels in Richtung des Kolbens erhöht werden kann.
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Andererseits nimmt, wenn der Hubbetrag gering ist, die in die Einspritzöffnungen fließende Kraftstoffmenge in der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) durch den Einfluss der Querströmung ab. Das bedeutet, wie in 13 dargestellt, dass die Durchflussmenge der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) bei kleinem Hubbetrag im Vergleich zu dem Zustand, in dem der Hubbetrag groß ist, deutlich reduziert ist. In der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) ändert sich die Durchflussmenge des Kraftstoffs in Abhängigkeit vom Hubbetrag nicht wesentlich, da die Empfindlichkeit des durch den Hubbetrag in die Einspritzöffnungen einströmenden Kraftstoffs gering ist.
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Das bedeutet, dass die auf den Kolben zu richtende Querschnittsfläche der Einspritzöffnung der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) größer eingestellt wird als die auf die Zündkerze zu richtende Querschnittsfläche der Einspritzöffnung der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411), so dass die Durchflussmenge des Sprühnebels nur in Kolbenrichtung durch den Hubbetrag gesteuert werden kann.
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Dadurch wird die Schwankung der Durchflussmenge des zur Zündkerze gerichteten Sprühnebels verringert, so dass die Stabilität der Zündung verbessert werden kann.
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Darüber hinaus kann die Einspritzöffnungsachse (303 in 5) der Einspritzöffnung der ersten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 410) so eingestellt werden, dass sie einen größeren Winkel mit der Ventilkörper-Mittelachse (305 in 5) im Vergleich zur Einspritzöffnungsachse (303 in 5) der Einspritzöffnung der zweiten Einspritzöffnungsgruppe (Einspritzöffnungsgruppe 411) hat. Mit dieser Konfiguration kann die Trennung der ersten Einspritzöffnungsgruppe zum Zeitpunkt des kleinen Hubs gefördert und die Empfindlichkeit gegenüber dem Hubbetrag weiter erhöht werden.
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Außerdem muss die Querschnittsfläche aller Einspritzöffnungen in jeder Einspritzöffnungsgruppe nicht konstant sein, und eine maximale Einspritzöffnungsquerschnittsfläche der zur ersten Einspritzöffnungsgruppe gehörenden Einspritzöffnungen kann so eingestellt werden, dass sie größer als eine minimale Einspritzöffnungsquerschnittsfläche der zur zweiten Einspritzöffnungsgruppe gehörenden Einspritzöffnungen ist. Dadurch ist es möglich, den Sprühnebel für jede Ausstoßrichtung fein einzustellen.
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Weiter ist in dieser Ausführungsform die Querschnittsfläche der Einspritzöffnung kreisförmig, und der Einspritzöffnungsdurchmesser der kleinsten Einspritzöffnung unter den Einspritzöffnungen der ersten Einspritzöffnungsgruppe ist so eingestellt, dass er größer als der Einspritzöffnungsdurchmesser der größten Einspritzöffnung unter den Einspritzöffnungen der zweiten Einspritzöffnungsgruppe ist, so dass ein gewünschter Effekt erhalten werden kann.
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Die Querschnittsform jeder Einspritzöffnung muss jedoch nicht unbedingt kreisförmig sein und kann beispielsweise eine konische Form oder eine elliptische Form haben.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Zylinderkopf
- 102
- Zylinderblock
- 103
- Kolben
- 104
- Brennraum
- 105
- Ansaugrohr
- 106
- Auspuffrohr
- 107
- Einlassventil
- 108
- Auslassventil
- 109
- Kraftstofftank
- 110
- Förderpumpe
- 111
- Hochdruck-Kraftstoffpumpe
- 112
- Common Rail
- 113
- Kraftstoffdrucksensor
- 114
- Pleuelstange
- 115
- Kurbelwelle
- 116
- Kurbelwinkelsensor
- 117
- Wassertemperatursensor
- 118
- ECU
- 119
- Kraftstoffeinspritzventil
- 120
- Zündkerze
- 201
- Ventilkörper
- 201a
- Ventilkörperposition im Zustand mit geringem Hub
- 201b
- Ventilkörperposition im Zustand mit großem Hub
- 202
- Sitzelement
- 203
- Führungselement
- 204
- Düsenkörper
- 205
- Ventilkörperführung
- 206
- Anker
- 207
- Kern
- 208
- Spule
- 209
- Joch
- 210
- Feder
- 211
- Verbinder
- 212
- Kraftstoffzuführöffnung
- 301
- Einspritzöffnung
- 302
- Sackkammer
- 303
- Mittelachse der Einspritzöffnung
- 304
- Ventilsitzfläche
- 305
- Ventilkörper-Mittelachse
- 311
- Zufluss vom Sitzabschnitt
- 312
- Zufluss von der Sackkammer
- 320
- Zufluss bei großem Hub
- 321
- Zufluss bei geringem Hub (Querströmung)
- 400
- auf den Kolben gerichteter Sprühnebel mit hoher Eindringtiefe
- 401
- auf die Zündkerze gerichteter Sprühnebel
- 402
- auf den Kolben gerichteter Sprühnebel mit geringer Eindringtiefe
- 410
- Einspritzöffnungen, die zur ersten Einspritzöffnungsgruppe gehören
- 411
- Einspritzöffnungen, die zur zweiten Einspritzöffnungsgruppe gehören
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017008860 A [0004]
- JP 2016061176 A [0004]
